食品物性学——光学.

3.光的吸收、反射、散射和色散
2)光的反射
一 色度学基础
当光从一种介质进入另一种介质时，一部分被反射，另一部分穿 入。反射多少视两种介质折射率的比率而定，此外，还依赖于入射角 度，这种关系可由菲涅尔公式阐明。
Rs sin (θ φ) Es sin (θ φ)
Rp tan( ) Ep tan( )
E d / dA 2
3）光出射度（luminous emittance） 光出射度表示某发光点单位面积的发光光通量，符号为M，单位为 lm/m2，表达式为：
M d / dA1
式中，Φ为光通量；A1为受光面积.
一 色度学基础
1.与食品光学性质相关的基本物理量
4）发光强度（luminous intensity） 发光强度定义为从某个光源或光源的一个元素发射出包含该方 向在内的一个无限小角锥中的光通量dΦ与该小角锥立体角dΩ1的商， 符号为I，单位为lm/sr，或cd，其表达式为：
一 色度学基础
①RGB与CIE-XYZ的转换 RGB值与XYZ值为线性齐次函数，则可用下式表示：
不同图像采集系统上述表达式中的九个系数会不相同，为了求得这些系数，需要 有实测样本数据。农产品的颜色种类很多，因此要设计食品及农产品颜色测试系统， 为使该系统可以测试各种颜色，要求样本集合应由各种颜色组成。
I d / d1
式中，Φ为光通量；Ω1为锥体角。 5）亮度（luminance） 亮度指发光体单位面积在制定方向的明亮程度。设发光体表 面积为A，观测方向的发光强度为I，发光体表面法线与观测方向 夹角为θ，则亮度（符号为L）定义为：
L
dI dA cos
一 色度学基础
2.颜色的表色系统及其转换
② XYZ表色系统 CIE-XYZ表色系统又称为CIE1931标准表色系统，是以三个 假象的原色X、Y、Z建立起来的一个新色度系统，可以由RGB表色系统转换得 到。在此系统中可以用色品坐标确定颜色（如下式），因此在食品及农产品颜 色检测中具有极高的使用价值。
Y Y X Y Z
一 色度学基础
2.颜色的表色系统及其转换
③ CIEL*a*b* 表色系统 可由CIE-XYZ转换得到， L*a*b*表色空间又称为独立色 坐标，它是把颜色按其所含红、 绿、黄、蓝的程度来度量的。
2.颜色的表色系统及其转换
2）颜色系统的相互转换
X=a11R+a12G+a13R Y=a21R+a22G+a23G Z=a31R+a32G+a33B
2 1
k VEd
式中，k为常数，Vλ为光谱光视效率；Eλ为光谱强度；Φ为光通 量，其单位为流明（lm,Lumen）。
一 色度学基础
1.与食品光学性质相关的基本物理量
2）照度（illumination） 表示某一受光点单位面积的光通量，单位为lm/m2，或表示为： 式中：Φ为光通量；A2为受光面积；E为照度。
当X/Xn＞0.008856时： X*=(X/Xn)1/3 Y*=(Y/Yn)1/3 Z*=(Z/Zn)1/3 当X/Xn＜0.008856时：
3.光的吸收、反射、散射和色散
1介质都有不同程度的被吸收。物质对光的吸收有选择性，同 一介质对不同波长（不同颜色）光的吸收程度不等。 介质吸收光能，引起介质中电子的受迫振动，进而转化为其他形式的能。 朗伯定律（如下式）可以得到光强和介质厚度的关系。 I=I0e-αλx 上式中，I、I0分别表示出入射光强，x为介质厚度，λ为波长。 对于选择吸收的物质来说，在吸收波段内，αλ值可以很大，αλ值越大，表 示吸收越强。当介质总厚度x=1/αλ时，由上式得： I=I0/e≈I0/2.72 也就是说，厚度为1/αλ的介质层，可使光强减弱到原有光强的1/2.72. 对于稀溶液，则上式可改为： I=I0e-kicx
1）颜色的表色系统介绍
1931年国际发光委员会（CIE，International Commission on Illumination） 建立了两种表色系统，简称为表色系。一种为RGB表色系统，一种为XYZ表 色系统。 ① RGB表色系统： 波长为700.0nm的红光（R），波长为546.1nm的绿光（G） 和波长为435.8nm的蓝光（B），图像处理中使用的其它表色系统一般都是从 RGB表色系统转换而来的。人们将RGB值经归一化形成rgb（色品坐标）， 其关系式如下： G g RG B
式中，θ为入射角，φ为折射角；下标S表示垂直于入射面的 电场分量，P表示在入射面内的电场分布；Rs、Rp为反射光的电 场分量；Es、Ep为入射光的电场分量。
3.光的吸收、反射、散射和色散
3）光的散射
一 色度学基础
当光波投到细小质点上时，根据惠更斯原理，从质点表面上各点激 发次级子波，进而形成同样波长的光波向各方向散开，这种现象称为 光的散射现象。 根据光的电磁原理，次波振幅A与其波动频率v的平方成正比，次 波光强I又与振幅A的平方成正比，同时频率V与波长λ成反比。
食品的光学性质
主要内容
1 2 3 4
色度学基础
食品光学测定原理 食品光学性质的应用 应用实例
1.与食品光学性质相关的基本物理量
一 色度学基础 1）光度与光通量（luminosity and luminous flux ) 光度是表示光辐射照度产生光感的程度，但由于在通常范围内， 光度的大小与辐射照度成正比，并适合加法定律，因此可以借用计 算机辐射照度的方法计算光度。对于波长为λ1~λ2的连续光谱，有：
2）XYZ与CIE1976L*a*b*之间的转换 在CIE1976L*a*b*表色系统中，对应的变换关
系为：
L* 116Y * 16 a* 500( X * Y *) b* 200( X * Z *)
X * 7.787X / Xn 0.138 Y * 7.787Y / Yn 0.138 Z * 7.787Z / Zn 0.138
4）光的色散
白光通过玻璃三角棱镜后，出现彩色光带，称为光的色散现象，这 是由于不同的光具有不同波长。 为了表征介质折射率因波长不同而变化的程度，引入色散率η这个 概念，并且定义：介质色散率的量值等于介质折射率对波长的变化率。